建設零碳園區是我國錨定碳中和目標的重大戰略舉措。《關于開展零碳園區建設的通知》中強調，“積極穩妥推進碳達峰碳中和，加快經濟社會發展全面綠色轉型，支持有條件的地區率先建成一批零碳園區。”

傳統工業供能系統的冷能和熱能相互獨立。其中工業供蒸汽和供熱主要依靠蒸汽管網加熱，其熱量來自于天然氣、煤炭等化石能源，碳排放系數大，蒸汽管網自身的散熱損失大，直接用于加熱熱水時的?損大；工業供冷主要依靠蒸汽壓縮循環的電制冷，需要消耗電力獲取工藝所需的冷量，過程中必須通過冷卻塔向環境排放低品位廢熱。

針對以上問題，中國科學院廣州能源研究所地熱能與節能技術研究中心基于自研的大溫差冷熱雙供熱泵、超高溫直接蒸發式蒸汽熱泵、高效蓄冷蓄熱等核心技術及裝備，構建了一種以綠色電力作為驅動能源的冷熱汽耦合供能系統（如下圖1所示），可以同時供應4℃~20℃冷水、50℃~95℃熱水和100℃~170℃飽和蒸汽，滿足零碳工業園區的生產制造能源需求。

該系統實施路徑分3個階段。第一階段，回收工業高溫余熱，例如二次乏蒸汽、冷凝水、空壓機余熱等，采用直接換熱的方式，提高能源的利用效率；第二階段，采用高溫工業熱泵將低品位的余熱提升至高溫熱水，或采用大溫差冷熱雙供熱泵同時供應工藝冷水和高溫熱水；第三階段，采用超高溫蒸汽熱泵，利用制備的高溫熱泵，供應100℃~170℃蒸汽，最終形成電力驅動的冷能、熱能、蒸汽的耦合供能系統。科研團隊針對啤酒加工、工業飲料等行業逐步構建冷熱汽耦合供能系統的典型案例，相關項目成果和示范應用已在部分企業落地。

圖1 基于熱泵+的冷熱汽電耦合供能系統“三步走”路線圖

研究中心具有一系列高效節能技術及裝備產出，先后研制出動態冰漿制備機組（2006年），建成了潛熱輸送示范工程（2008年）、國產化燃氣熱泵機組（2020年），研制了國內170℃蒸汽熱泵機組（2023年），搭建了覆蓋0℃~20℃供冷、50℃~95℃供熱、100℃~170℃供蒸汽的工業熱泵系列裝備，為構建噸級綠色電能驅動的冷熱汽電耦合供能系統提供了熱泵核心裝備及系統解決方案，致力于支撐國家零碳園區戰略的實施。

圖2 中國科學院廣州能源研究所先進熱泵產品圖譜